合成孔徑雷達天線往往僅用單個輻射單元，沿一直線依次在若干個位置平移，且在每一個位置發射一個脈沖信號，接收相應發射位置的雷達回波信號并儲存起來，然后通過信號處理的方法產生一個等效的長的線性陣列天線。合成孔徑雷達的特點是分辨率高，能全天候工作，可有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。

要想通過在不同的位置發射信號并收集后再聯合處理，那么首先就要確保發射的脈沖是相參的，相參性是SAR系統獲得高分辨率的必要條件。

發射信號、本振電壓、相參震蕩電壓和定時器的觸發脈沖均由同一基準信號提供，接收機也需要具備很高的時間精度。

隨著平臺的運動，地面目標逐漸進入雷達波束，平臺接近目標時多普勒頻率為正，遠離目標時為負，頻率隨時間變化曲線的斜率為負，目標的多普勒歷程如下圖所示。

SAR的距離和方位分辨率

SAR通過脈沖壓縮技術改善距離分辨率，它與發射信號的帶寬有關，帶寬越大，分辨率越小；通過合成孔徑技術改善方位分辨力，條帶SAR理論上可以達到天線尺寸的1/2，聚束SAR分辨率更小。

高的分辨力要求采用小的天線而不是大的天線，并且與距離和波長無關。當然，受到其他因素的影響，天線孔徑也不可能無限小。

SAR回波存儲

SAR是需要存儲雷達回波，由于數據不是同時采集的，需要對一定的時間間隔內接收的信號進行運算。A/D轉換之后對數字信號進行存儲，選擇存儲介質必須考慮到信息記錄的速率、記錄的數據容量、完成方位壓縮和脈沖壓縮時存儲數據的讀取速度。

SAR處理過程

SAR天線在每個位置發射脈沖信號并接收目標回波并按順序存儲，然后通過二維匹配濾波實現目標的距離和方位向的高分辨。

SAR信號處理是假定雷達隨飛機做直線等速飛行。實際上，運載天線的飛行器總是與這種典型的直線等速飛行狀態有偏差的。因此就需要用輔助設備來補償非直線運動。

運動補償設備必須包含能檢測飛行路線與直線路徑偏離的傳感器，可以用各種方式使用此敏感元件的輸出。為了完善運動補償，還必須調整接收信號的相位，以補償實際天線與理想的形成合成天線位置之間的偏移。

SAR極化

極化是電磁波的本質屬性之一，是除頻率、幅度、相位之外的又一維重要信息。電磁波的傳播和散射都是矢量現象，而極化正是用來研究電磁波的這種矢量特征。SAR系統常用四種極化方式——HH、VV、HV、VH。

雷達發射的能量脈沖的電場矢量，可以在垂直或水平面內被偏振。無論哪個波長，雷達信號可以傳送水平(H)或者垂直(V)電場矢量，接收水平(H)或者垂直(V)或者兩者的返回信號。

單極化是指(HH)或者(VV)，就是水平發射水平接收或垂直發射垂直接收。氣象雷達領域那一般都是(HH)。雙極化是指在一種極化模式的同時，加上了另一種極化模式，如(HH：水平發射水平接收)和(HV：水平發射垂直接收)。全極化技術難度最高，要求同時發射H和V，也就是HH/HV/VV/VH四種極化方式。

電磁波的極化對目標的介電常數、物理特性、幾何形狀和取向等比較敏感，因而極化測量可以大大提高成像雷達對目標各種信息的獲取能力。下圖是同一個地區不同極化方式下的成像結果。

雷達極化已經發展成為一種比較成熟的技術，在農業(分辨不同的農作物耕地)、森林(植被高度、衰減系數等生物量的估計、物種識別)、地質(地質結構描述)、水文(表面粗糙度和土壤濕度估計、雪濕度估計)、海冰監測(冰齡和厚度估計)和海洋學(波特性估計，熱和波前探測)等很大范圍內都得到廣泛的研究和應用。

水平極化波和垂直極化波在地物或海洋的后向散射系數和相位特性均不相同，因此除了通過多波段來增加遙感的信息含量，也可以通過不同的極化來提高目標的識別的準確度。

通過對雷達目標和地物雜波的極化特性測量與分析，可以實現對不同目標的分類與識別，這在雷達抗干擾領域的作用也日漸突出。

SAR波段

雷達波段的選擇可以說是相當重要，對于星載SAR，波段選擇主要考慮了大氣傳輸窗口、頻率和極化對信息提取的影響，圖像質量與設備復雜度之間的權衡等因素。

大氣窗口都知道，大氣中的氧和水分子、云霧和雨雹等對高頻電磁能量吸收明顯，在幾個頻率上有尖銳的吸收峰值，并且雷達信號在穿透電離層和對流層時會產生相位失真、極化旋轉和損耗等，從而使圖像出現誤差、甚至難以成像。

1GHz頻率以下，雖然大氣對電磁波的吸收不明顯，但是存在明顯的極化旋轉效應，因此星載SAR的工作頻段適宜選擇L、C、X波段。

星載SAR觀測的后向散射波既包含目標表面發射波，還包含穿透得到的回波。波長越長、穿透能力越強，這種穿透作用在稠密作物或樹木的情況下特別明顯，從而產生多路徑反射，從而形成了極化旋轉。

X波段適合對冰的觀測和分類，以及對海面污染情況的觀察；L波段適合對淡水和穿透地下目標的觀測；C波段適合觀察海洋上的強目標。

審核編輯：劉清